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海洋充满了机会
发布时间：2021-09-06 14:31 作者：admin 次数：次
背景
海洋是一种无限能量的来源，可以用来解决全球能源短缺挑战的很大一部分。英国、挪威、瑞典和以色列等少数国家在利用海洋能源方面取得了显著进展。海洋能可分为波浪能和潮汐能。根据世界能源理事会2016年报告，根据若干外部条件，波浪发电和潮汐发电试点规模项目的部署成本分别为每兆瓦400万至1800万美元和510万至1460万美元。当这些试验规模项目进展到商业规模时，波浪能的资本支出（资本支出）为270万至910万美元/MW，潮汐发电的资本支出为330万至500万美元/MW。
然而，通过波浪和潮汐发电解决方案实现的LCOE（平准化能源成本）仍然偏高，约为每千瓦时0.08至0.09美元，而风力发电约为每千瓦时0.04至0.05美元（然而，以色列生态波浪发电公司声称LCOE为0.05美元）。此外，风力涡轮机每年都在变大，随着多兆瓦规模海上风力项目的部署，LCOE预计将进一步减少。然而，全球各地，尤其是斯堪的纳维亚地区，以及来自以色列的许多具有前景的海洋发电技术的初创企业已经出现，他们正在努力应对与LCOE有关的这一挑战。北欧国家已经有了稳定的清洁技术基础设施，并得到了适当的公共政策和投资的支持。
全球能源部门正在逐步采用混合模式。换言之，为了满足运营中的能源效率，能源公司一直在其价值链上采用多种能源利用技术。石油和天然气作业的高能源需求，特别是在上游或勘探部门，影响了少数上游利益相关者利用海洋能源。位于亚得里亚海中的意大利埃尼集团最近的项目就是一个例子。埃尼集团一直在与美国海洋动力技术公司（OPT）的动力浮标波浪系统PB3合作，为用于海洋环境监测的自动水下航行器（AUV）提供动力。虽然波浪功率或多或少具有持久性和可预测性，但为了提高可靠性，OPT在其波浪功率利用装置中包括了一个能量存储模块。
可靠性是决定能源行业技术中断未来或进展的最重要因素之一。始终建议将储能模块与任何可再生能源发电资源集成，以确保持续供应。同样，总部位于温哥华的海王星设备（Neptune Equipment）也一直在考虑使用飞轮进行存储，因为电容器或电池等传统存储技术的循环寿命有限，需要频繁更换。
海洋是一种无限能量的来源，可以用来解决全球能源短缺挑战的很大一部分。英国、挪威、瑞典和以色列等少数国家在利用海洋能源方面取得了显著进展。海洋能可分为波浪能和潮汐能。根据世界能源理事会2016年报告，根据若干外部条件，波浪发电和潮汐发电试点规模项目的部署成本分别为每兆瓦400万至1800万美元和510万至1460万美元。当这些试验规模项目进展到商业规模时，波浪能的资本支出（资本支出）为270万至910万美元/MW，潮汐发电的资本支出为330万至500万美元/MW。
然而，通过波浪和潮汐发电解决方案实现的LCOE（平准化能源成本）仍然偏高，约为每千瓦时0.08至0.09美元，而风力发电约为每千瓦时0.04至0.05美元（然而，以色列生态波浪发电公司声称LCOE为0.05美元）。此外，风力涡轮机每年都在变大，随着多兆瓦规模海上风力项目的部署，LCOE预计将进一步减少。然而，全球各地，尤其是斯堪的纳维亚地区，以及来自以色列的许多具有前景的海洋发电技术的初创企业已经出现，他们正在努力应对与LCOE有关的这一挑战。北欧国家已经有了稳定的清洁技术基础设施，并得到了适当的公共政策和投资的支持。
全球能源部门正在逐步采用混合模式。换言之，为了满足运营中的能源效率，能源公司一直在其价值链上采用多种能源利用技术。石油和天然气作业的高能源需求，特别是在上游或勘探部门，影响了少数上游利益相关者利用海洋能源。位于亚得里亚海中的意大利埃尼集团最近的项目就是一个例子。埃尼集团一直在与美国海洋动力技术公司（OPT）的动力浮标波浪系统PB3合作，为用于海洋环境监测的自动水下航行器（AUV）提供动力。虽然波浪功率或多或少具有持久性和可预测性，但为了提高可靠性，OPT在其波浪功率利用装置中包括了一个能量存储模块。
可靠性是决定能源行业技术中断未来或进展的最重要因素之一。始终建议将储能模块与任何可再生能源发电资源集成，以确保持续供应。同样，总部位于温哥华的海王星设备（Neptune Equipment）也一直在考虑使用飞轮进行存储，因为电容器或电池等传统存储技术的循环寿命有限，需要频繁更换。
什么是破坏性技术？
波浪能源行业已经影响到能源价值链中的其他利益相关者。一直以来，总部位于德国的NKT与瑞典公司Waves4Power合作，在挪威的一个波浪发电项目中部署了一个试验规模的项目，用于测试动态1 kV和24 kV半动态电力电缆。NKT也在与瑞典查尔默斯技术大学升压研究所的高压测试中心合作测试电缆技术。通过这一试点部署，NKT声称通过波浪运动不断弯曲电缆来解决这一挑战。电缆中使用了三根低机械摩擦的铜导线，并用芳纶纱取代了传统海上电缆的铠装护套，以增加灵活性和机械强度。
同样，风力发电行业也间接地影响了海洋垂直发电。H300涡轮机由挪威海洋电力公司设计，用于从潮流中获取清洁能源，可以作为一个例子。H300设计受Darieus风机设计的影响，Darieus风机设计是著名的垂直轴风机设计之一。该公司设想在2020年之前进行商业发射，并专注于开发经济上可行的解决方案——挪威海洋电力公司技术总监兼创始人肯特·索雷森（Kent Thoresen）表示，“我们很长的开发时间是因为让这项技术在经济上具有吸引力的复杂性。这比技术问题要困难得多。”
海洋电力行业的先驱之一艾克波浪能正在解决行业级的可扩展性问题。波浪发电行业也逐渐向类似大型风力涡轮机的兆瓦级发展。以色列艾克波浪能的墨西哥子公司最近在Manzanillo港启动了10 MW项目。发电厂将设在科里马州曼萨尼罗的库尤特兰/特帕尔卡特海滩，收集的能源将由曼萨尼罗市和科里马州使用。艾克波浪能的技术已经得到验证，并于2017年在直布罗陀调试了第一个并网100千瓦波浪能阵列，该阵列最近完成了15000小时的并网。5兆瓦的总规划容量将足以满足直布罗陀15%的电力需求。
总结
有效的近岸技术也可以影响海洋部门。停泊在港口的船舶可以直接利用潮汐能进行固定作业。然而，也存在一些挑战，比如对海洋动力的成本效益和可靠性进行适当的验证。这项耗资6000万美元、靠近康沃尔海岸的波浪能项目涉及Seatricity的发电设备，即使在安装8年后，该项目仍未能发电。最后，北欧国家的许多国家都设想了一个在短期到中期内完全碳中和的路线图。海洋动力领域的适当发展将使该区域能够与这一雄心壮志保持一致。对于政府来说，将针对波浪发电利益相关者的优惠政策标准化是相当简单的，因为它与其他可再生能源不同，只适用于公用事业规模的客户。因此，目前，海洋电力只有在大多数设施可以在海上维护的地方才能盈利，以便通过变电站装置直接向电网供电，并为偏远岛屿的海水淡化厂和微电网供电。波浪能或潮汐能是偏远岛屿的理想能源，这些岛屿的电网有限或无法接入。这些岛屿中的许多岛屿24小时使用柴油发电机，因此维护成本很高。一直以来，来自芬兰的斯堪的纳维亚利益相关者Wello从印度尼西亚基础设施公司Gapura Energi Utama（GEU）获得了企鹅的订单，企鹅将为印度尼西亚巴厘岛发电。该项目被称为世界上最大的波浪发电公园。
最后但并非最不重要的是油价下跌的因素。2014年原油价格创历史新低后，可再生或可持续能源项目退居次要地位。虽然价格在逐渐上涨，但尚未完全恢复，因此潜在的海洋动力投资者仍然不相信。可以预期，环境法规将在全球，特别是欧洲采用海洋能源方面发挥重要作用。为了在印度和中国等新兴经济体加快步伐，海洋动力采集设备制造商应优化资本支出。地方政府可以通过引入补贴来帮助这一事业。小岛屿、海上石油钻井平台和港口可以通过适当利用海洋动力转变为零能源模式。然而，如果初始成本得到优化，可靠性得到最大化，这将是有帮助的。
References:
- 通过评估海洋动力领域的一些最新发展，确定了整个行业的几个趋势，如下所示：. 利用波高势能：波管波能技术由瑞典SME（中小型企业）设计，波管是一种发电技术，利用海浪的垂直能量转换为装置内淡水运动的速度。当装置放置在海上时，外部波浪的冲击使结构物移动。因此，内部淡水被移动以在涡轮驱动轴上产生扭矩，从而为永磁同步发电机供电。发电机的交流输出通过整流器，转换为直流，稳定，然后传输至船用开关站。
- •海洋状况分析的预测算法：据估计，如果对海洋状况进行更精确的预测，从波浪中提取的能量可以是原来的两倍。一直以来，来自英国埃克塞特大学和以色列特拉维夫大学的一组研究人员设计了一个预测模型来估计下一次浪潮的威力。为了最大限度地获取能量和延长海上电力系统的寿命，研究人员采用了由浮动装置组成的点式吸收器。浮动装置沿波浪移动并产生能量，随后将能量送入电网。该设备使用一种算法来控制特定高度和体积的波浪所需的响应。
- •近岸波浪的低速旋转：很少有利益相关者修改基本涡轮机设计，以补充潮汐波浪产生的稳定能量。这些涡轮机通常安装在近岸，深度不超过100米（距海岸约3公里），可以利用速度大于每秒2.5米的波浪。由于涡轮机以低速旋转，因此不会对野生动物造成影响，也不会影响船只交通。总部位于挪威的安德里茨水电站Hammerfest开发了一种类似的涡轮机，它可以被表示为一种水下风力涡轮机，具有较短的叶片以降低旋转速度。这些涡轮机逐渐演变为兆瓦级系统，因此，适合为有限或无法接入电网的偏远岛屿供电。
- •人为提高速度以获得更高的产出：瑞典技术开发商Minesto开发的深绿色技术利用水下风筝技术从低速至中速潮流中获取能量。这项技术使用了一种流体动力过程，通过该过程，潮流的速度在撞击涡轮机之前被提升了10倍。这使得Minesto能够保持涡轮机的低重量，与其他潮汐发电创新相比，重量高达10-20倍。
- •安装成本低：与Minesto类似，挪威SME Flumill的Flumill潮汐系统具有重量轻（约为标准卡普兰系统的八分之一）的特点，可使用浮力螺旋装置轻松拖曳至安装现场，而无需使用重型起重船。Flumill潮汐系统不需要任何类型的打桩，以将安装成本降至最低。该系统通过四个稳定接头固定在海床一端。较低的初始成本以及相对较低的发电成本（0.13至0.17美元/千瓦时）有助于更快的投资回报。
- 高可扩展性：挪威Craft Services开发的Euro Wave能源系统使用了Akervoll专利的发现。该技术遵循“浮动吸收器”原理，使其成为一种多功能设计，适合跨地域使用。例如，佛得角版本的技术涉及更多的陆上操作，而非海上操作，非常适合为海水淡化厂或能耗要求较低的小型设施供电。另一方面，垂直运行杆设计适用于公用事业规模发电，可安装在波浪在同一方向移动较长时间的地方。基本设计使用一个吸收器来捕获波浪的机械能，并借助运行杆或柔性驱动线将其传输到主模块。主模块中的发电机将机械能转换为电能，并将电传输到陆上。
- 高质量电力：为获取波能，已创新了几种设计。最广泛使用的设计之一是点吸收器——在这种设计中，浮标在海洋中保持静止，而浮标利用波浪的上下运动来移动其轴，类似于活塞运动。此线性运动将转换为旋转运动以旋转生成器。正如预期的那样，所产生的电力通常含有谐波，需要平滑。Wello使用一个电池管理系统，该系统起到过滤器的作用，以消除这些谐波并为提供必要负载的电池充电。这可能是一个行业范围内的破坏，因为由于波浪运动的性质，波浪能量收集系统往往会产生低或高的电能爆发，很少有利益相关者发现将其转化为平滑稳定电流的挑战。温哥华海王星设备公司开发的海王星可以作为一个例子。海王星的发明者查尔斯·海恩斯（Charles Haynes）解释说，作为一种脉冲波源，几乎不可能获得平滑的波形。点吸收器是近岸部署的理想选择，即系统可以锚定在50米深处的地面上。
- 行业层面的影响是什么?
波浪能源行业已经影响到能源价值链中的其他利益相关者。一直以来，总部位于德国的NKT与瑞典公司Waves4Power合作，在挪威的一个波浪发电项目中部署了一个试验规模的项目，用于测试动态1 kV和24 kV半动态电力电缆。NKT也在与瑞典查尔默斯技术大学升压研究所的高压测试中心合作测试电缆技术。通过这一试点部署，NKT声称通过波浪运动不断弯曲电缆来解决这一挑战。电缆中使用了三根低机械摩擦的铜导线，并用芳纶纱取代了传统海上电缆的铠装护套，以增加灵活性和机械强度。
同样，风力发电行业也间接地影响了海洋垂直发电。H300涡轮机由挪威海洋电力公司设计，用于从潮流中获取清洁能源，可以作为一个例子。H300设计受Darieus风机设计的影响，Darieus风机设计是著名的垂直轴风机设计之一。该公司设想在2020年之前进行商业发射，并专注于开发经济上可行的解决方案——挪威海洋电力公司技术总监兼创始人肯特·索雷森（Kent Thoresen）表示，“我们很长的开发时间是因为让这项技术在经济上具有吸引力的复杂性。这比技术问题要困难得多。”
海洋电力行业的先驱之一艾克波浪能正在解决行业级的可扩展性问题。波浪发电行业也逐渐向类似大型风力涡轮机的兆瓦级发展。以色列艾克波浪能的墨西哥子公司最近在Manzanillo港启动了10 MW项目。发电厂将设在科里马州曼萨尼罗的库尤特兰/特帕尔卡特海滩，收集的能源将由曼萨尼罗市和科里马州使用。艾克波浪能的技术已经得到验证，并于2017年在直布罗陀调试了第一个并网100千瓦波浪能阵列，该阵列最近完成了15000小时的并网。5兆瓦的总规划容量将足以满足直布罗陀15%的电力需求。
总结
有效的近岸技术也可以影响海洋部门。停泊在港口的船舶可以直接利用潮汐能进行固定作业。然而，也存在一些挑战，比如对海洋动力的成本效益和可靠性进行适当的验证。这项耗资6000万美元、靠近康沃尔海岸的波浪能项目涉及Seatricity的发电设备，即使在安装8年后，该项目仍未能发电。最后，北欧国家的许多国家都设想了一个在短期到中期内完全碳中和的路线图。海洋动力领域的适当发展将使该区域能够与这一雄心壮志保持一致。对于政府来说，将针对波浪发电利益相关者的优惠政策标准化是相当简单的，因为它与其他可再生能源不同，只适用于公用事业规模的客户。因此，目前，海洋电力只有在大多数设施可以在海上维护的地方才能盈利，以便通过变电站装置直接向电网供电，并为偏远岛屿的海水淡化厂和微电网供电。波浪能或潮汐能是偏远岛屿的理想能源，这些岛屿的电网有限或无法接入。这些岛屿中的许多岛屿24小时使用柴油发电机，因此维护成本很高。一直以来，来自芬兰的斯堪的纳维亚利益相关者Wello从印度尼西亚基础设施公司Gapura Energi Utama（GEU）获得了企鹅的订单，企鹅将为印度尼西亚巴厘岛发电。该项目被称为世界上最大的波浪发电公园。
最后但并非最不重要的是油价下跌的因素。2014年原油价格创历史新低后，可再生或可持续能源项目退居次要地位。虽然价格在逐渐上涨，但尚未完全恢复，因此潜在的海洋动力投资者仍然不相信。可以预期，环境法规将在全球，特别是欧洲采用海洋能源方面发挥重要作用。为了在印度和中国等新兴经济体加快步伐，海洋动力采集设备制造商应优化资本支出。地方政府可以通过引入补贴来帮助这一事业。小岛屿、海上石油钻井平台和港口可以通过适当利用海洋动力转变为零能源模式。然而，如果初始成本得到优化，可靠性得到最大化，这将是有帮助的。
- “那又怎样？”方面
- •海洋电力公司正逐步扩大到兆瓦规模，预计这将降低LCOE
- •海上石油钻机和偏远岛屿的供电操作是两个最有前景的应用
- •能量采集装置的水下部分需要最少或不需要移动部件，以保持野生动物在部署时不受干扰
References:
- Primary Interview: Inna Braverman, Co-founder, Eco Wave Power, Israel
- Primary Interview: Kent Thoresen, Technical director & founder, Norwegian Ocean Power, Norway
- Ocean Energy Council: WAVE ENERGY, accessed 29 Apr 2018, accessible at http://www.oceanenergycouncil.com/ocean-energy/wave-energy/
- Tel Aviv University: Predicting wave power could double marine-based energy, accessed on 29 Apr 2018, accessible at https://english.tau.ac.il/news/predicting_wave_power
- Power Technology: Can the world’s biggest wave project turn the tide for the technology?, accessed on 29 Apr 2018, accessible at https://www.power-technology.com/features/can-worlds-biggest-wave-project-turn-tide-technology/
- Cornwall’s Wave Hub energy project yet to produce electricity, accessed on 29 Apr 2018, accessible at http://www.bbc.com/news/uk-england-cornwall-40294158
- Vancouver Courier: Neptune 5 testing the wave-power waters off Point Grey, accessed on 29 Apr 2018, accessible at http://www.vancourier.com/news/neptune-5-testing-the-wave-power-waters-off-point-grey-1.23260009
- Offshore Engineer: NKT develops wave power cables, accessed on 29 Apr 2018, accessible at http://www.oedigital.com/component/k2/item/16606-nkt-develops-wave-power-cables
- World Energy Council: World Energy Resources, Marine Energy 2016 accessed on 29 Apr 2018, accessible at https://www.worldenergy.org/wp-content/uploads/2017/03/WEResources_Marine_2016.pdf
